Simulation im Mittelstand Sichere und saubere Bremssysteme dank Simulation

Wie Simulation dabei hilft, die Fahrzeugsicherheit zu optimieren und Emissionen zu reduzieren, zeigt die Geschichte eines französischen Herstellers reibungsfreier Bremssysteme.

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Das französische Unternehmen Telma stellt seit über 70 Jahren reibungsfreie Bremssysteme her, die auf dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion basieren. Die technologischen Lösungen ermöglichen es, alle Arten von Industriefahrzeugen in jeder Verkehrssituation und in jedem Klima, auch unter extremen Bedingungen, abzubremsen.

Neben den wesentlichen Sicherheitsaspekten für Fahrzeuge tragen diese Produkte dazu bei, die Umweltanforderungen zu erfüllen, indem sie die mit Bremssystemen verbundenen Feinstaubemissionen um bis zu 90 % senken. Vor diesem Hintergrund setzt sich das französische Unternehmen bei den Behörden für die Integration von Retardern in Personen- und Güterkraftfahrzeugen ein, um die Sicherheit im Straßenverkehr, aber auch die Auswirkungen des Verkehrs auf die Umwelt, kontinuierlich zu verbessern.

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Kosten- und zeitintensive Prototypentests

Um das zu erreichen, müssen die Retarder in der Lage sein, eine erhebliche Menge an Energie abzuführen und gleichzeitig die aktuellen Vorschriften für die Bremssicherheit erfüllen. Daher müssen die Produkte unter allen Bedingungen getestet und validiert werden. Das bedeutet, dass in den Tests verschiedene Gebiete der Physik untersucht werden müssen, insbesondere die Elektromagnetik sowie die Struktur- und Strömungsmechanik.

In der Vergangenheit hat sich das Unternehmen auf elektromagnetische Berechnungen in 2D verlassen, um Prototypen zu entwickeln, die für die Validierung der Tests erforderlich sind. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind jedoch nur Richtwerte, was die Ingenieure dazu zwang, die Anzahl der Prototypen sowie die physischen Prüfversuche zu erhöhen. Damit wurde der Prozess sehr zeitaufwendig und kostspielig.

Dossier Simulation

Wie Simulation die Produktentwicklung verbessert

Simulationswerkzeuge verbessern Produkte

Um die bestehenden Produktreihen zu verbessern und die Entwicklung und Verfügbarkeit neuer Produkte zu beschleunigen, benötigte das Unternehmen deshalb ein Simulationswerkzeug, mit dem die elektromagnetischen Systeme in 3D modelliert und ihre Geometrie auf der Grundlage verschiedener physikalischer Parameter (elektromagnetisch, thermisch etc.) modifiziert werden kann.

„Die Einführung neuer Tools erfordert in der Regel viel Zeit, Material und Personal, was für kleine und mittlere Unternehmen eine erhebliche Investition darstellt. Aus diesem Grund suchte Telma neben technologischem Know-how nach einem strategischen Partner mit einer progressiven Vision, der sowohl eine leistungsstarke Lösung als auch langfristigen Support bieten kann“, erklärt Nicolas Quennet, Director of Research and Develeopment bei Telma.

Simulation im Mittelstand

Einstieg in die Simulation: Hürden und wie Sie diese überwinden

Multiphysik-Simulation optimiert Ressourcen-Nutzung

Nach einer eingehenden Prüfung der Marktteilnehmer entschied sich Telma für eine Reihe von Lösungen, die die bestehende Software zur Simulation elektromagnetischer Felder, Ansys Maxwell, ergänzen sollten. Mit Ansys Maxwell können Ingenieure virtuelle Prototypen elektronischer Systeme basierend auf einer Vielzahl von elektromagnetischen Szenarien und Konzepten modellieren, simulieren und validieren.

Dieses Tool wurde ursprünglich zur Leistungsoptimierung der vorhandenen Produkte eingesetzt und ermöglichte es Telma, seine Innovationskraft zu erhöhen und insbesondere drei vollständige Serien neuer Retarder für Fahrzeuge über 3,5 Tonnen (Lastkraftwagen, Busse etc.) zu entwickeln.

Um die Produktentwicklung in Hinblick auf Zeit und Kosten weiter zu optimieren, erweiterte das Unternehmen seine Palette an Werkzeugen schrittweise um Multiphysik-Simulationsfunktionen. So wurde die Software Ansys Mechanical (mechanische Simulation) und die Software Ansys Fluent (Strömungssimulation - CFD) hinzugefügt.

Entwicklung vollständiger digitaler Modelle

Um die Herausforderungen zu bewältigen, die sich aus der Komplexität bestimmter CFD-Berechnungen ergeben, konnten sich die Telma-Ingenieure auf das Ansys-Beratungsteam verlassen. Dieses unterstützte sechs Monate lang bei der Entwicklung vollständiger digitaler Modelle, in denen Berechnungen aus allen drei Software-Lösungen kombiniert wurden. Dank dieser Unterstützung war es dem Team möglich, die Entwicklung der Modelle zu beschleunigen und so seine Software-Ressourcen richtig zu nutzen. Die Ingenieure verwenden diese Modelle nun über mehrere Iterationen hinweg und können ihr Verhalten in Abhängigkeit von den Entwicklungen und den verschiedenen physikalischen Bereichen überprüfen.

90 % weniger Prototypen

Durch die Verwendung der Ansys-Multiphysik-Simulation konnte Telma die Kosten und den zeitlichen Aufwand für die Entwicklung von Induktionsbremssystemen erheblich reduzieren. In zehn Jahren schrumpfte die Anzahl der zur Validierung der Modelle erforderlichen Prototypen von zehn auf eins. Dadurch wurde die Markteinführungszeit für die Produkte verkürzt.

„Mit den Lösungen von Ansys haben wir jetzt die vollständige Kontrolle über alle drei physikalischen Größen und können unsere Modelle auf einmal validieren. Unsere Ingenieure können diese Modelle leicht duplizieren, um alle oder einen Teil der Produkte zu simulieren, was auch die Innovationskraft fördert“, kommentiert Quennet.

Simulationsmodelle beim Kunden einbinden

Telma macht die Simulation zu einer seiner wichtigsten Wachstumssäulen. Heute werden 30 % des Umsatzes des Unternehmens durch Produkte generiert, die mithilfe von Simulationen entwickelt wurden. Und diese Zahl könnte in Zukunft durchaus 100 % erreichen. Das Unternehmen entwickelt derzeit eine neue Generation von Retardern. Das Multiphysikmodell dieser Retarder kann direkt in die Kundenumgebung integriert und simuliert werden, sodass Telma die Erwartungen der Kunden genauer erfüllen und die verschiedenen potenziellen technischen Vorschläge schnell identifizieren kann.

* Chris Wolfe, Lead Product Manager of Systems Coupling and Data Analytics, Ansys

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